CC BY
47
doi: 10.24411/0235-2451-2020-10810 УДК:633.853.52:631.559(571.61)
Оценка некоторых свойств и первичной эффективности штаммов Sinorhizobium fredii селекции ФГБНУ ВНИИ сои
М. В. ЯКИМЕНКО, С. А. БЕГУН, А. И. СОРОКИНА
Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Игнатьевское ш., 19, Благовещенск, Амурская обл., 675027, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью оценки культурально-биохимических свойств и первичной эффективности 20 штаммов Sinorhizobium fredii (Scholia, Elkan, 1984) селекции Всероссийского научно-исследовательского института сои для отбора наиболее ценных из них. Работу выполняли в 2017-2019 гг. в Амурской области. На минерально-растительной среде обильный рост штриха чистой культуры показали 16 штаммов ризобий, 4 штамма обеспечили хороший рост бактериальной массы. Ее окраска варьировала от белой (4 штамма) и беловатой (8 штаммов) до бесцветной (8 штаммов). По консистенции штаммы S. fredii были разбиты на 3 группы - пастообразные (9 штаммов), водянистые (9) и желеобразные (2). У всех штаммов, за исключением БД-32 и 062, отмечали рост штриха чистой культуры на мясопептонном агаре. Штаммы ББ-49, ББ-90, СБ-39, ТБ-376, ТБ-490, ТБ-498, 062 характеризовались высокой каталазной активностью, СБ-38, СБ-43, ТБ-372, ТБ-361, ТБ-488, ЗБ-79 - средней или умеренной, у БД-32, ББ-87, ТБ-492, ТБ-524, ТБ-563 и ОБ-47 она отсутствовала. Все штаммы в годы исследований оказывали влияние на прирост надземной части и корней сои сорта Хабаровская 4 в фазе плодообразования: масса надземной части у бактеризованных растений увеличивалась, в сравнении с контролем, в 2,1...3,8 раза, корней - в 0,3...2,7 раза. Наибольший рост величин этих показателей (соответственно в 3,0.3,8 раза и в 0,8.2,7 раза) отмечали при использовании штаммов СБ-39, СБ-43, ТБ-372, ТБ-488, ТБ-490, ТБ-563 и 062. Штаммы СБ-39 и ТБ-498 вызвали увеличение клубенькообразования, в сравнении с контролем, на 73.78 %, ББ-90, СБ-43, ТБ-461, 062 повышали массу клубеньков более чем в 2 раза. Использование штаммов ББ-90, СБ-38, СБ-43, ТБ-376, ТБ-431, ТБ-488, 062, ЗБ-79 обеспечивало увеличение массы одного клубенька, в сравнении с контролем, в среднем на 25.62 %.
Ключевые слова: соя (Glycine max), сорт, ризобии сои, штамм, вид, S. fredii, вирулентность, эффективность, лабораторно-полевой метод.
Сведения об авторах: М. В. Якименко, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: yamv@vniisoi.ru); С. А. Бегун, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник; А. И. Сорокина, кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник.
Для цитирования: Якименко М. В., Бегун С. А., Сорокина А. И. Оценка некоторых свойств и первичной эффективности штаммов Sinorhizobium fredii, селекции ФГБНУ ВНИИ сои // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 8. С. 60-65. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10810.
Evaluation of some properties and primary efficacy of Sinorhizobium fredii strains bred in the All-Russian Research Institute of Soybean Breeding
M. V. Yakimenko, S. A. Begun, A. I. Sorokina
All-Russian Scientific Research Institute of Soybean, Ignatevsky highway, 19, Blagoveshchensk, Amurskaya obl., 675027, Russian Federation
Abstract. The purpose of the studies was to assess the cultural and biochemical properties and primary efficacy of 20 strains of Sinorhizobium fredii (Scholla, Elkan, 1984) bred in the All-Russian Research Institute of Soybean Breeding to select the most valuable of them. The work was performed in 2017-2019 in the Amur region. On a mineral-plant medium, 16 strains of rhizobia showed abundant growth of a pure culture stroke; 4 strains showed rapid growth of the bacterial mass. Its colour varied from white (4 strains) and whitish (8 strains) to colourless (8 strains). By consistency, the S. fredii strains were divided into 3 groups - paste-like (9 strains), watery (9), and jelly-like (2). All strains, except for BD-32 and 062, showed a growth of a pure culture stroke on meat-peptone agar. Strains bB-49, BB-90, SB-39, TB-376, TB-490, TB-498, and 062 were characterized by high catalase activity; strains SB-38, SB-43, TB-372, TB-361, TB-488, and ZB-79 were characterized by medium or moderate catalase activity; strains BD-32, BB-87, TB-492, TB-524, TB-563, and OB-47 were catalase-inactive. During the years of the study, all strains influenced the growth of the aboveground part and roots of soybean Khabarovskaya 4 in the fruit formation phase. The weight of the aboveground part of bacterized plants increased, in comparison with the control, 2.1-3.8 times; the weight of roots increased 0.3-2.7 times. The greatest increase in the values of these indicators (3.0-3.8 times and 0.8-2.7 times, respectively) was noted when using strains SB-39, SB-43, TB-372, TB-488, TB-490, TB-563, and 062. Strains SB-39 and TB-498 caused an increase in nodulation, in comparison with the control, by 73-78%; BB-90, SB-43, TB-461, and 062 increased the mass of nodules more than 2 times. The use of strains BB-90, SB-38, SB-43, TB-376, TB-431, TB-488, 062, and ZB-79 provided an increase in the weight of one nodule, in comparison with the control, on average by 25-62%. Keywords: soybean (Glycine max); variety; soybean rhizobia; strain; species; S. fredii; virulence; efficiency; laboratory-field method. Author Details: M. V. Yakimenko, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; (e-mail: yamv@vniisoi.ru); S. A. Begun, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; A. I. Sorokina, Cand. Sc. (Vet.), leading research fellow.
For citation: Yakimenko MV, Begun SA, Sorokina AI. [Evaluation of some properties and primary efficacy of Sinorhizobium fredii strains bred in the All-Russian Research Institute of Soybean Breeding]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020;34(8):60-5.Russian. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10810.
Использование высоких доз минеральных удобрений, особенно азотных, в последние десятилетия позволило резко увеличить продуктивность основных сельскохозяйственных культур во многих развитых странах мира. Однако, наряду с высокой эффективностью их применения, появились проблемы, связанные с отрицательным влиянием на окружающую среду процессов, связанных с производством и исполь-
зованием удобрений (начиная от строительства заводов, заканчивая негативным влиянием на почву, водоёмы и др.) [1, 2, 3]. Альтернатива - биологизация земледелия (в частности, использование биологического азота) [4, 5]. Наиболее активно и эффективно биологический азот атмосферы фиксируют бобовые культуры в симбиозе с клубеньковыми бактериями, что исключает загрязнение окружающей среды и экономические затраты, при этом
коэффициент его использования достигает 100 %, тогда как у минерального азота не превышает 50...60 % [6, 7, 8]. Например, лидер среди зернобобовых культур в мировом земледелии - соя, в благоприятных экологических условиях, может до 80 % потребности в азоте удовлетворять путем симбиотической азотфиксации [9, 10]. Однако далеко не во всех почвах обитают клубеньковые бактерии, специфичные для этой культуры, в таком случае растения используют азот почвы. Предпосевная обработка семян ризобиальными препаратами (инокулянтами) на основе отселектированных штаммов повышает количество активных клубеньковых бактерий в почве, усиливает природный процесс фиксации атмосферного азота и увеличивает урожайность бобовых культур [11, 12]. Многолетний опыт свидетельствует о том, что искусственная инокуляция - наиболее простой и экономичный способ увеличения урожая бобовых в среднем на 10.15 %, а в новых районах возделывания - на 40.50 % и более. Кроме того, этот агроприём способствует повышению качества выращиваемой продукции, в первую очередь благодаря значительному увеличению накопления белка, обогащению аминокислотами, витаминами, ферментами [13, 14, 15].
Для создания лучших симбиотических взаимоотношений между растениями и бактериями и достижения максимального эффекта от ризобиальных препаратов необходимо изучение местных популяций клубеньковых бактерий с целью поиска новых более активных штаммов, обладающих повышенной конкурентной способностью, по сравнению с селекционными штаммами, на основе которых готовят инокулянты [16].
Дальневосточный регион - единственный в России, где в почвах повсеместно распространены природные популяции клубеньковых бактерий сои. Это связано с распространением на его территории дикорастущей (уссурийской) сои, а позднее - с систематическим расширением посевов культурной сои [17]. Фактически дальневосточные природные популяции ризобий -значимый природный ресурс, открывающий возможности для отбора наиболее ценных по хозяйственно полезным свойствам штаммов.
Цель исследований - оценка культурально-биохимических свойств и первичной эффективности штаммов Sinorhizobium fredii, выделенных из дальневосточных природных популяций, для отбора наиболее ценных по хозяйственно полезным свойствам.
Условия материалы и методы. Работу проводили в 2017-2019 гг. во Всероссийском научно-исследовательском институте сои. Объекты исследований - чистые культуры ризобий сои Sinorhizobium fredii (Scholla, Elkan, 1984) селекции Всероссийского научно-исследовательского института сои, растения сои сортов дальневосточной селекции Октябрь 70, Янтарная, Смена, Зейка, Рассвет, ВНИИС 1, ВНИИС 2, ДЯ 1, Хабаровская 4, образец дикой сои (№ КТ-156). В качестве стандарта использовали запатентованный коллекционный штамм ББ-49.
На начальном этапе была проведена серия экспериментов (в 4-х кратной повторности) по подобру сорта со стабильно высокими показателями клубенькообразо-вания при искусственной инокуляции семян типовыми штаммами видов Bradyrhizobium japonicum (648a) и Sinorhizobium fredii (БД-32).
Пересевы коллекционных штаммов ризобий, а также изучение культурально-биохимических свойств этих бактерий проводили на минерально-растительной среде (МРС), г/л: К^НРО,, - 0,5; КН2Р04 - 0,5; MgSO4 - 0,1; CaSO4 -
0,1; NaCl - 0,2; (NH4)6 Мо7 О24 - следы; маннит - 20,0; соевая мука - 10,0; агар-агар - 20,0. Для видового контроля использовали мясопептонный агар (МПА) следующего состава, г/л: агар сухой питательный - 20,0; агар-агар - 10,0. Питательные среды разливали по пробиркам и стерилизовали. После этого пробирки со средами выставляли на штативы для скашивания агара и через 30.40 минут маркировали. На подготовленную питательную среду микробиологической петлей, соблюдая стерильность, высевали чистую культуру ризобий. Пробирки с культурами ризобий термостатировали при температуре +26. +28 °C в течение 3-х суток и наблюдали за культуральными свойствами. Интенсивность роста штриха чистых культур ризобий оценивали по бальной шкале: 0 - нет роста; 1 - скудный; 2 - умеренный; 3 - хороший; 4 - обильный рост. Отмечали окраску и консистенцию штриха штаммов ризобий. При этом задача заключалась не столько в определении абсолютных показателей, сколько в фиксации наличия изменчивости признаков (рост, окраска, консистенция) в зависимости от штамма.
Вирулентность штаммов ризобий определяли методом выращивания бактеризованных семян сои в пробирках с питательной средой для растений. В качестве субстрата использовали фильтровальную бумагу (Бегун С. А. Способы, приемы изучения и отбора эффективных штаммов клубеньковых бактерий сои. Методы аналитической селекции: методрекомендации. Благовещенск: Зея, 2005. 70 с.).
Для определения каталазной активности штаммов в пробирки с культурой ризобий, выросшей на среде МРС, вносили 3 %-ную перекись водорода и наблюдали за образованием пузырьков кислорода при комнатной температуре. По ее интенсивности оценивали каталаз-ную активность штамма: высокая (+++), средняя (++), умеренная (+) и отсутствие (-). При прогревании культуры бактерий с высокой и средней каталазной активностью при 68 °C в течение 30 минут, активность фермента сохранялась или изменялась.
На фоне высокой активности природных популяций ризобий сложно определять эффективность искусственной инокуляции [18, 19]. Поэтому отбор эффективных (по интенсивности клубенькообразования и приросту надземной части, корней) штаммов S. fredii проводили лабораторно-полевым методом (Способ первичного отбора эффективных штаммов клубеньковых бактерий сои: а. с. 1482942СССР. №4205849/30-13/Тильба В. А., Бегун С. А., Садовская Е. В.; заявл. 04. 03. 87; опубл. 30. 05.89, Бюл. 20.5с.) в два этапа. На первом, лабораторном этапе эксперимента осуществляли инокуляцию семян исследуемыми штаммами, растения сои выращивали в больших пробирках диаметром 20 мм и высотой 200 мм. В пробирки помещали специальные полоски, изготовленные из фильтровальной бумаги, сложенные в виде гармошки и затем свернутые в рулон. Затем вносили 30 мл питательной среды для растений следующего состава, г/л: К2НРО4 -1,0; MgS04-1,0; CaSO4 -0,5; FeSO4, H3BO3, MnS04 и ^Н4)6Мо7О24 - следы.
Семена сои сорта Хабаровская 4 стерилизовали концентрированной серной кислотой 2 минуты, а затем промывали большим количеством стерильной воды. После этого их проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге в течение 3-х суток, затем высаживали в подготовленные пробирки (с фильтровальной бумагой, питательной средой) и вносили по 1 мл суспензии клубеньковых бактерий из расчета до 1 млн клеток на семя. На каждый испытываемый штамм клубеньковых бактерий использовали 10 пробирок. В контрольном варианте
вносили по 1 мл стерильной воды. Пробирки расставляли в специальные планшеты из черной полиэтиленовой пленки и переносили в помещение с дополнительным искусственным освещением. По мере необходимости, соблюдая стерильность, в пробирки добавляли питательный раствор. Через 11 суток после закладки опыта отмечали наличие клубеньков на корнях каждого растения.
Затем растения пересаживали в луговую чернозё-мовидную почву и проводили первичный полив (второй, полевой этап). Через 40 суток, в фазе плодообразования сои, их выкапывали. Корневую систему отмывали от почвенных частиц и подсчитывали количество клубеньков на каждом растении. После высушивания растительных образцов в сушильном шкафу при температуре +60.. .+80 X определяли массу сухого вещества надземной части, корней и клубеньков сои. Эффективность штаммов ризобий оценивали путем сравнения показателей увеличения сухого вещества растений сои в контрольном и испытываемых вариантах.
Полевые исследования проводили в 2017-2019 гг. на опытном поле ФГБНУ ВНИИ сои (Амурская область, Тамбовский район, с. Садовое). Агротехника подготовки опытного участка включала осеннюю вспашку и боронование, весеннее дискование, допосевное внесение почвенного гербицида, боронование, прикатывание. За вегетационный период проводили ручные прополки. Почва опытного участка луговая чернозёмовидная средне-мощная (гумусовый слой (А+АВ) составляет 20.30 см), характеризующаяся следующими показателями - содержание гумуса (ГОСТ 26 213-84) 4,3 %; подвижного фосфора Р2О5 и калия К2О (по Кирсанову) - соответственно 37 мг/кг почвы и 211 мг/кг почвы; минерального азота NO3 + NH4 - 18,6 мг/кг; реакция почвенного раствора слабокислая (рНКС| 5,2 ед.); гидролитическая кислотность (Нг) - 2,52 мг-экв./100 г почвы.
В 2017-2019 гг. в зоне исследований наблюдали значительные отклонения температуры воздуха и особенно количества осадков от среднемноголетних показателей, как по годам, так и по месяцам вегетационного периода. Среднемесячная температура воздуха в апреле-сентябре 2017 г. была выше среднемноголетних показателей на 0,9
В мае-июне осадки выпадали в пределах нормы. В июле наблюдали недостаток влаги в почве, так как сумма
осадков была на 38,1 мм меньше среднемноголетнего количества. В августе, наоборот, осадков выпало больше нормы на 50,8 мм. В 2018 г. среднемесячная температуры воздуха в апреле и мае была выше среднемноголетней на 2 °C, а осадков в эти весенние месяцы выпало значительно меньше нормы. Во второй декаде июня отмечали сильное переувлажнение почвы из-за избытка осадков. В целом, за июнь выпала их 2-х месячная норма. Избыточное количество осадков наблюдали во второй и третьей декадах июля. В августе их сумма была на 41,8 мм меньше нормы. В 2019 г. среднемесячная температура воздуха в апреле-сентябре соответствовала среднемноголетним показателям. В мае осадков выпало больше нормы на 27,6 мм, в июне - на 9,4 мм, в июле, особенно в третьей декаде, - на 140 мм. Сумма осадков в августе и сентябре находилась на среднемноголетнем уровне (табл. 1).
Статистическую обработку данных проводили методами дисперсионного и корреляционного анализа с использованием программы Statistica 10 («Б1а18оЙ Inc.», США).
Результаты и обсуждение. В среднем по результатам серии лабораторных опытов по подобру сорта со стабильно высокими показателями клубенькообразова-ния, наиболее низкие их величины, а также наименьшая вирулентность штаммов 648a и БД-32 отмечены у дикой сои № КТ-156 (табл. 2). При ее инокуляции в среднем на одно растение насчитывалось 1,5.2,0 клубенька, а вирулентность штамма B. japonicum 648a составила 93 %, тогда как на культурных сортах сои Октябрь 70, Янтарная, Смена, Зейка, Рассвет, ВНИИС 1, ВНИИС 2, ДЯ 1, Хабаровская 4 он показал вирулентность100 %.
В целом вирулентность штамма B. japonicum 648a варьировала в незначительной степени - Cv = 2 % (табл. 3). Коэффициент корреляции между количеством клубеньков и вирулентностью штамма 648а составил г=0,71. На всех исследуемых сортах сои дальневосточной селекции при использовании медленнорастущего штамма ризобий сои 648a отмечены высокие результаты клубенькообразова-ния. Наибольшее количество клубеньков зафиксировано на корнях растений сорта Хабаровская 4 (12,7 шт./рас-тение). Оно было значительно выше, чем у других сортов (5,4.9,8 шт./растение). Кроме того, сорт Хабаровская 4 отличался самым низким варьированием величины этого
Таблица 1. Метеорологические показатели за вегетационный период в районе проведения полевых опытов
Месяц Температура воздуха °C Осадки, мм
декада среднемесячная среднемно-голетняя декада сумма за месяц среднемно-голетняя
I II II I 1 II III
2017 г.
Апрель 5,7 2,2 7,4 5,1 4,1 6,8 24,0 27,3 58,1 22
Май 14,0 14,6 13,9 14,2 12,4 23,0 10,5 8,5 42,0 39
Июнь 14,9 19,7 22,4 19,0 18,8 18,9 45,3 13,0 77,2 85
Июль 26,7 21,4 19,4 22,5 21,5 9,6 39,0 19,3 67,9 106
Август 20,9 23,9 14,8 19,9 19,2 118,2 0 35,6 153,8 103
Сентябрь 15,3 13,7 9,9 13,0 12,4 11,6 16,4 17,2 45,2 66
2018 г.
Апрель 1,7 7,5 11,0 6,8 4,1 0,9 0,7 0 1,6 22
Май 11,3 15,8 16,1 14,4 12,4 3,5 15,8 5,8 25,1 39
Июнь 18,5 16,1 18,4 17,9 18,8 17,7 142,2 28,3 188,2 85
Июль 21,0 22,8 23,0 22,3 21,5 14,6 84,7 82,5 181,8 106
Август 21,3 19,4 19,6 20,1 19,2 10,7 2,8 47,7 61,2 103
Сентябрь 13,9 14,4 12,1 13,4 12,4 24,4 10,7 18,0 53,1 66
2019 г.
Апрель 2,8 5,4 8,4 5,5 4,1 0 19,9 1,8 21,7 22
Май 10,3 13,7 12,9 12,3 12,4 2,7 33,3 30,6 66,6 39
Июнь 18,8 16,5 19,6 18,3 18,8 1,3 84,5 8,6 94,4 85
Июль 21,1 22,6 20,1 21,3 21,5 58,7 61,8 126,3 246,8 106
Август 20,3 18,2 18,3 18,9 19,2 57,4 22,3 25,7 105,4 103
Сентябрь 17,7 11,0 11,7 13,5 12,4 19,8 23,1 2,7 45,6 66
Таблица 2. Особенности клубенькообразования у сортов сои дальневосточной селекции, инокулиро-ванных штаммами В. ¿вропюит (648э) и 8. fredii (БД-32)
Сорт сои Количество клубеньков, шт./растение Вирулентность, %
штамм 648a штамм БД-32
Х±Sx* lim Cv, % Х±Sx lim Cv, % штамм 648a штамм БД-32
Дикая соя, КТ-156 2,0±0,2 0. 5 42 1,5±0,1 0. 8 40 93 71
Октябрь 70 5,4±0,5 1.. 13 40 2,5±0,2 0. 9 39 100 58
Янтарная 8,5±0,7 1. 19 36 3,2±0,3 0. 9 39 100 90
Смена 9,8±0,7 2. 20 34 3,4±0,3 0. 11 39 100 75
Зейка 9,8±0,8 4. 16 38 6,2±0,5 1. 20 36 100 100
Рассвет 7,2±0,6 2. 15 36 3,0±0,3 0. 8 40 100 83
ВНИИС 1 8,4±0,6 4. 12 33 2,1±0,2 0. 7 35 100 95
ВНИИС2 6,4±0,5 1. 15 35 3,5±0,3 0. 16 35 100 92
ДЯ 1 9,6±0,8 2. 21 37 3,4±0,3 0. 9 35 100 98
Хабаровская 4 12,7±0,5 3. 34 19 7,2±0,3 2. 16 20 100 100
НСР „„ =3,2 шт 05 штамм 648а ' /раст.; HCP„S г ' 05 штам БД-32= 2,5 шт./раст.
*Х - среднее арифметическое; Эх - ошибка выборочной средней; С, % - коэффициент вариации.
показателя (см. табл. 2): при обработке семян штаммом 648а - С = 19 %, БД-32 - С = 20 %.
Штамм ризобий сои БД-32,отнесенный к быстрорастущему виду Э. fredii, показал 100 %-ную вирулентность на сортах сои Зейка и Хабаровская 4. При этом в целом она изменялся в более широких пределах - от
Таблица 3. Статистические параметры клубень-кообразования у сортов сои дальневосточной селекции, инокулированных типовыми штаммами В. ¡аропюит (648э) и 8. fredii (БД-32)
Показатель X* min max Cv, %
Количество клубеньков, шт.
штамм 648а 8,0 2,0 12,7 36
штамм БД-32 3,6 1,5 7,2 50
Вирулентность, %
штамм 648а 99,3 93,0 100,0 2
штамм БД-32 86,2 58,0 100,0 16
*X - среднее, min - минимум; max - максимум; C, % -коэффициент вариации.
58 до 100 % (Cv = 16 %). Абсолютный интервал варьирования (min...max) вирулентности штамма БД-32 был в 7 раз выше, чем у штамма 648a. Корреляция между количеством клубеньков и вирулентностью штамма БД-32 составляла r=0,59. В среднем самые высокие пока-
затели клубенькообразования при его использовании, отмечены у сорта сои Хабаровская 4. Варьирование клубенькообразования по штаммам было высоким. Для штамма 648а коэффициент вариации составил 36 %, для штамма БД-32 - 50 % (см. табл. 3).
По результатам этих экспериментов для дальнейшей работы был выбран сорт Хабаровская 4.
Определение культурально-биохимических свойств изучаемых штаммов показало, что обильный рост бактериальной массы на минерально-растительной среде (МРС) обеспечили 16 штаммов ризобий, у 4 штаммов рост был хороший (табл. 4). При этом если по характеру роста штаммы достаточно однородны (Cv = 11 %), то по окраске и консистенции отмечали высокое варьирование. Окраска бактериальной массы штаммов ризобий вида S. fredii изменялась (Cv= 90 %) от белой (4 штамма) и беловатой (8 штаммов) до бесцветной (8 штаммов). По консистенции изучаемые штаммы были разбиты на 3 группы (Cv = 83 %) -пастообразные (9 штаммов), водянистые (9 штаммов) и желеобразные (2 штамма). Рост штриха чистой культуры на МПА демонстрировали практически все штаммы ризобий сои S. fredii, за исключением БД-32 и 062.
Исследуемые штаммы ризобий значительно различались (Cv= 93 %) и по активности каталазы. Штаммы S. fredii ББ-49, ББ-90, СБ-39, ТБ-376, ТБ-490, ТБ-498, 062
Таблица 4. Происхождение и некоторые свойства штаммов ризобий сои S. fredii
Происхождение Штамм Показатель роста на МРС Рост на МПА Активность каталазы Вирулентность, %
интенсивность роста окраска, консистенция
Амурская область, БД-32 4 беловатая, паста нет — 100
Благовещенский ББ-49 3 беловатая, паста есть +++ 86
район ББ-87 4 беловатая, водянистая есть - 100
ББ-90 4 беловатая, паста есть +++ 71
Амурская область, СБ-38 4 бесцветная, водянистая есть +++ 93
Свободненский СБ-39 3 белая, паста есть +++ 80
район СБ-43 4 бесцветная, водянистая есть + 82
Амурская область,
Тамбовский район ТБ-372 4 бесцветная, водянистая есть + 93
Амурская область, ТБ-376 4 бесцветная, водянистая есть +++ 60
Тамбовский район ТБ-461 4 беловатая, паста есть + 85
ТБ-488 4 беловатая, водянистая есть ++ 92
ТБ-490 3 белая, паста есть +++ 100
ТБ-492 4 бесцветная, желе есть - 100
ТБ-498 4 белая, паста есть +++ 86
ТБ-524 4 бесцветная, желе есть - 100
ТБ-563 4 бесцветная, водянистая есть - 100
ТБ-589 4 беловатая, водянистая есть - 100
Амурская область,
Октябрьский район ОБ-47 4 беловатая, паста есть - 78
Амурская область,
Зейский район ЗБ-79 3 беловатая, паста есть + 100
Китай 062 4 бесцветная, водянистая нет +++ 80
Таблица 5. Отзывчивость сои сорта Хабаровская 4 на инокуляцию штаммами ризобий Б. fredii в лабораторно-полевом опыте (среднее за 2017-2019 гг.)
Штамм Кол клу шт./ ичество беньков, растение Масса сухого вещества 1 растения
шт. в % к контролю надземная часть корни клубеньки
г в % к контролю г в % к контролю мг в % к контролю
Контроль 45 100 1,8 100 0,6 100 144 100
ББ-49 (St.) 46 102 4,3 239 1,1 183 158 110
БД-32 38 84 4,2 233 1,0 167 116 80
ББ-87 37 82 3,9 217 0,9 150 107 74
ББ-90 67 149 5,1 283 1,2 200 312 217
СБ-38 58 129 4,9 272 1,0 167 281 195
СБ-39 78 173 5,4 300 1,2 200 266 185
СБ-43 64 142 5,6 311 1,2 200 314 218
ТБ-372 73 162 5,7 317 1,1 183 266 185
ТБ-376 53 118 3,9 217 1,1 183 248 172
ТБ-461 58 129 5,2 289 1,0 167 301 209
ТБ-488 58 129 5,9 328 1,4 233 274 190
ТБ-490 63 140 5,5 305 1,1 183 194 135
ТБ-492 55 122 4,9 272 1,1 183 189 131
ТБ-498 80 178 5,3 294 1,3 217 256 178
ТБ-524 65 144 3,8 211 1,0 167 189 131
ТБ-563 52 115 5,7 317 1,2 200 198 137
ТБ-589 46 102 4,2 233 0,8 133 183 127
062 59 131 6,9 383 1,6 267 308 214
ОБ-47 71 158 4,1 228 1,0 167 261 181
ЗБ-79 60 133 4,9 272 1,1 183 285 198
НСР05 2 1,2 0, 2 9
характеризовались высокой величинои этого показателя, СБ-38, СБ-43, ТБ-372, ТБ-361, ТБ-488, ЗБ-79 - средней или умеренной, а у штаммов ризобий БД-32, ББ-87, ТБ-492, ТБ-524, ТБ-563 и ОБ-47 каталазная активность отсутствовала.
Вирулентность изучаемых штаммов Э. fredii варьировала в пределах 60.100 % (С¥ = 13 %). У штаммов БД-32, ББ-87, ТБ-490, ТБ-492, ТБ-524, ТБ-563, ТБ-589 и ЗБ-79 она была 100 %-ной (см. табл. 4). Следует отметить, что при многократном пересеве чистых культур вирулентность резко снижалась.
сы клубеньков более чем в 2 раза. Использование штаммов ББ-90, СБ-38, СБ-43, ТБ-376, ТБ-431, ТБ-488, 062, ЗБ-79 обеспечивало увеличение массы одного клубенька сои в среднем на 25.62 %.
Все 20 исследуемых штаммов ризобий сои оказали сильное влияние на прирост сухого вещества. Масса надземной части у бактеризованных растений сои возросла в 2,1.3,8 раза, корней - в 0,3.2,7 раза. Несмотря на видовую однородность изучаемых штаммов, при инокуляции растений сои наблюдали среднее варьирование (табл. 6) массы надземной части (Cv = 22 %), корней (Cv= 18 %) и клубеньков сои (Cv= 28 %). Максимальный в опыте рост массы надземной части сои (в 3,0.3,8 раза) и корней (в 0,8.2,7 раза), в сравнении с контролем, обеспечили штаммы ризобий сои СБ-39, СБ-43, ТБ-372, ТБ-488, ТБ-490, ТБ-563 и 062.
Выводы. Среди сортов сои дальневосточной селекции стабильно высокими показателям клубень-кообразования при инокуляции коллекционными штаммами B. japonicum (648a) и S. fredii (БД-32) характеризуется Хабаровская 4. Все исследуемые штаммы ризобий S. fredii селекции ВНИИ сои давали обильный и хороший рост штриха чистой культуры на МРС; окраска их бактериальной массы варьировала от белой до бесцветной; по консистенции выделены три
Таблица 6. Статистические параметры отзывчивости сои сорта Хабаровская 4 на инокуляцию штаммами ризобий Б. fredii в лабораторно-полевом опыте (в среднем по 20 штаммам, среднее за 2017-2019 гг.)
Показатель X* min max Cv, %
Количествово клубеньков на одном растении, шт. 58,4 37,0 80,0 20
Масса сухого вещества надземная часть, г 4,8 1,8 6,9 22
1 растения корни, г 1,1 0,6 1,6 18
клубеньки, мг 231,0 107,0 314,0 28
* - X - среднее, min - минимум; max - максимум; C, % - коэффициент вариации.
В полевых условиях, в контроле с естественной инокуляцией, на корнях сои в среднем за годы исследований в расчете на 1 растение формировалось 45 клубеньков с общей массой 144 мг, масса сухого вещества надземной части составила 108 г, корней - 0,6 г (табл. 5). В варианте со штаммом-стандартом ББ-49 количество и масса клубеньков на корнях находились на уровне контроля. При этом масса сухого вещества надземной части сои возросла на 139 %, корней - на 8,3 %. Слабо влияли на количество и массу клубеньков штаммы ризобий БД-32 и ББ-87. Остальные изучаемые штаммы повышали величины этих показателей соответственно на 2.78 % и 27.118 %. Между массой клубеньков и массой надземной части сои, а также массой клубеньков и массой корней установлена средняя положительная достоверная связь (г=0,61 и г=0,57 соответственно).
Выявлено два штамма ризобий сои (СБ-39 и ТБ-498), вызвавших увлечение клубенькообразования у сои, в сравнении с контролем, на 73.78 %, и 4 штамма (ББ-90, СБ-43, ТБ-461, 062), способствовавших повышению мас-
групп - пастообразная, водянистая и желеобразная; большинство штаммов, за исключением БД-32 и 062, росли на МПА. Штаммы ББ-49, ББ-90, СБ-39, ТБ-376, ТБ-490, ТБ-498, 062 характеризовались высокой ка-талазной активностью, СБ-38, СБ-43, ТБ-372, ТБ-361, ТБ-488, ЗБ-79 - средней или умеренной, у штаммов БД-32, ББ-87, ТБ-492, ТБ-524, ТБ-563 и ОБ-47 она отсутствовала. Вирулентность исследуемых штаммов составляла от 60 до 100 %. При оценке первичной эффективности (лабораторно-полевым методом) использование всех испытываемых штаммов Э. fredii обеспечивало высокий прирост надземной массы и корней сои сорта Хабаровская 4. В вариантах со штаммами Э. fredii СБ-39, СБ-43, ТБ-488, ТБ-563 и 062 она увеличивалась, в сравнении с контролем, в 3,0. 3,8 раза и в 2,0.2,7 раза соответственно.
Разработанный метод первичной оценки эффективности позволяет отбирать наиболее ценные по хозяйственно полезным свойствам штаммы уже на первых этапах роста и развития растений.
Литература.
1. The Haber Process. [Электронный ресурс]. URL: https://www.chemguide.co.uk/physical/equilibria/haber.html (дата обращения 30. 03. 2020).
2. Too much of a good thing^/M. A. Sutton, O. Oenema, J. W. Erisman, etal. //Nature. 2011. No. 472. Р. 159-161.
3. Kumar S., JakharD. S., Singh R. Growth andyieldresponse of mung bean (Vigna radiata L.) in different levels of potassium//Acta Scientific Agriculture. 2018. Vol. 2. No. 6. P. 23-25.
4. Жеруков Б. Х Биологический азот в сельском хозяйстве: проблемы, решения и перспективы развития // Известия Горского государственного аграрного университета. 2010. Т. 47. № 2. С. 4-47.
5. Youseif S. H., Abd El-Megeed F. H., Saleh S. A. Improvement of faba bean yield using rhizobium/agrobacterium inoculant in low-fertility sandy soil//Agronomy. 2017. Vol. 7. No. 2. P. 1-12. doi:10.3390/agronomy7010002.
6. On-farm evaluation and determination of sources of variability of soybean response to Bradyrhizobium inoculation and phosphorus fertilizer in northern Ghana / J. Ulzena, R. C. Abaidoob, N. Ewusi-Mensaha, et al. //Agriculture, Ecosystems and Environment. 2018. No. 267. P. 23-32. doi: 10.1016/j.agee.2018.08.007.
7. Tairo E. V., Ndakidemi P. A. Bradyrhizobium japonicum inoculation and phosphorus supplementation on growth and chlorophyll accumulation in soybean (Glycine max L.) //American Journal of Plant Sciences. 2013. No. 4. P. 2281-2289. doi: 10.4236/ajps.2013.412282.
8. MacLean A. M., Finan T. M., Sadowsky M. J. Genomes of the symbiotic nitrogen-fixing bacteria of legumes // J. Plant Physiol. 2007. Vol. 144. No. 2. P. 615-622. doi: 10.1104/pp.107.101634.
9. Якименко М. В., Бегун С. А. Основные направления исследований дальневосточных природных популяций ризобий // Вестник ДВО РАН. 2016. № 2. С. 45-49.
10. Синеговский М. О., Антонова Н. Е. Экономика производства сои: учёт сортовьх и региональных особенностей. Благовещенск: ИПК ОДЕОН, 2018. 128 с.
11. Распространение клубеньковьх бактерий сои в различных почвах страны и эффективность нитрагинизации сои/А. Т. Новикова, В. А. Тильба, С. А. Бегун и др. // Научно-технический бюллетень ВНИИ сои. 1976. Вып. 1. С. 3-18.
12. Продуктивность бобово-ризобиального комплекса под влиянием ростстимулирующих штаммов микроорганизмов / Л. Ф. Миннебаев, Е. В. Кузина, Г. Ф. Рафикова и др. // Сельскохозяйственная биология. 2019. Т. 54. № 3. С. 481-493. doi: 10.15389/ agrobiology.2019.3.481rus.
13. Co-inoculation of Bradyrhizobium stimulates the symbiosis efficiency of Rhizobium with common bean / E. da C. Jesus, R. de A. Leite, R. do A. Bastos, et al. //Plant Soil. 2018. No. 425. P. 201-215. doi: 10.1007/s11104-017-3541-1.
14. Effects of inoculation by Bradyrhizobium japonicum strains on nodulation, nitrogen fixation, and yield of lablab purpureus in Algeria / A. Benselama, S. Tallan, S. M. Ounane, et al. //Turkish Journal of Agricultural and Natural. Sciences Special Issue. 2014. No. 2. P. 1870-1876.
15. Кожемяков А. П., Белоброва С. Н., Орлова А. Г. Создание и анализ базыданных по эффективности микробных препаратов комплексного действия // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 3. С. 112-115.
16. Nodulation and delayed nodule senescence: strategies of two Bradyrhizobium japonicum isolates with high capacity to fix nitrogen / S. M. Y. Lopez, Ma. D. M. Sanchez, G. N. Pastorino, et al. //Current Microbiology. 2018. No. 75. P. 997-1005. doi: 10.1007/s00284-018-1478-0.
17. Система земледелия Амурской области /отв. ред. В. А. Тильба. Благовещенск: ПКИ Приамурье, 2003.304 с.
18. Yamakawa T., Saeki Y. Inoculation methods of Bradyrhizobium japonicum on soybean in south-west area of Japan //A Comprehensive Survey of International Soybean Research - Genetics, Physiology, Agronomy and Nitrogen Relationships / J.E. Board. IntechOpen, 2012. P. 83-114. doi: 10.5772/52183.
19. The soybean Rfg1 gene restricts nodulation by Sinorhizobium fredii USDA193 / Y. Fan, J. Liu, S. Lyu, et al.// Front. Plant Sci. 2017. Vol. 8. Article1548. doi: 10.3389/fp!s.2017.01548.
References
1. Chemguide [Internet]. [place unknown]; 2009. The haber process; 2002[cited 2020 Mar 30]; [about 7 screens]. Available from: https:// www.chemguide.co.uk/physical/equilibria/haber.html.
2. Sutton MA, Oenema O, Erisman JW, et al. Too much of a good thing. Nature. 2011;(472):159-161.
3. Kumar S, Jakhar DS, Singh R. Singh R. Growth and yield response of mung bean (Vigna radiata L.) in different levels of potassium. Acta Scientific Agriculture. 2018;2(6):23-5.
4. Zherukov BKh. [Biological nitrogen in agriculture: problems, solutions and prospects]. Izvestiya Gorskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010;47(2):4-47. Russian.
5. Youseif SH. Abd El-Megeed FH, Saleh SA. Improvement of faba bean yield using rhizobium/agrobacterium inoculant in low-fertility sandy soil. Agronomy. 2017;7(2):1-12. doi:10.3390/agronomy7010002.
6. Ulzena J, Abaidoob RC, Ewusi-Mensaha N, et al. On-farm evaluation and determination of sources of variability of soybean response to Bradyrhizobium inoculation and phosphorus fertilizer in northern Ghana. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2018;(267):23-32. doi: 10.1016/j.agee.2018.08.007.
7. Tairo EV, Ndakidemi PA. Bradyrhizobium japonicum inoculation and phosphorus supplementation on growth and chlorophyll accumulation in soybean (Glycine max L.). American Journal of Plant Sciences. 2013;(4):2281-9. doi: 10.4236/ajps.2013.412282.
8. MacLean AM, Finan TM, Sadowsky MJ. Genomes of the symbiotic nitrogen-fixing bacteria of legumes. J. Plant Physiol. 2007;144(2):615-22. doi: 10.1104/pp.107.101634.
9. Yakimenko MV, Begun SA. [The main directions of research of the Far Eastern natural populations of rhizobia]. Vestnik DVO RAN. 2016;(2):45-9. Russian.
10. Sinegovskii MO, Antonova NE. Ekonomika proizvodstva soi: uchetsortovykh i regional'nykh osobennostei[Soybean production economics: accounting of varietal and regional characteristics]. Blagoveshchensk (Russia): IPK ODEON; 2018. 128 p. Russian.
11. Novikova AT, Til'ba VA, Begun SA, et al. [Distribution of soybean nodule bacteria in various soils of the country and the efficiency of soybean nitraginization]. Nauchno-tekhnicheskiibyulleten'VNIIsoi. 1976;(1):3-18. Russian.
12. Minnebaev LF, Kuzina EV, Rafikova GF, et al. [The productivity of the legume-rhizobial complex under the influence of growth-stimulating strains of microorganisms]. Sel'skokhozyaistvennaya biologiya. 2019;54(3):481-93. Russian. doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.481rus.
13. Jesus E da C, Leite R de A, Bastos R do A, et al. Co-inoculation of Bradyrhizobium stimulates the symbiosis efficiency of Rhizobium with common bean. Plant Soil. 2018;(425):201-15. doi: 10.1007/s11104-017-3541-1.
14. Benselama A, Tallan S, Ounane SM, et al. Effects of inoculation by Bradyrhizobium japonicum strains on nodulation, nitrogen fixation, and yield of lablab purpureus in Algeria. Turkish Journal of Agricultural and Natural. Sciences Special Issue. 2014;(2):1870-6.
15. Kozhemyakov AP, Belobrova SN, Orlova AG. [Creation and analysis of a database on the effectiveness of microbial preparations of complex action]. Sel'skokhozyaistvennaya biologiya. 2011;(3):112-5. Russian.
16. Lopez SMY, Sanchez MDM, Pastorino GN, et al. Nodulation and delayed nodule senescence: strategies of two Bradyrhizobium japonicum isolates with high capacity to fix nitrogen. Current Microbiology. 2018;(75):997-1005. doi: 10.1007/s00284-018-1478-0.
17. Til'ba VA, editor. Sistema zemledeliya Amurskoi oblasti [Farming system in the Amur region]. Blagoveshchensk (Russia): PKI Priamur'e; 2003. 304 p. Russian.
18. Yamakawa T, Saeki Y. Inoculation methods of Bradyrhizobium japonicum on soybean in south-west area of Japan. In: Board J, editor. A comprehensive survey of international soybean research - genetics, physiology, agronomy and nitrogen relationships. [place unknown]: IntechOpen; 2012. p. 83-114. doi: 10.5772/52183.
19. Fan Y, Liu J, Lyu S, et al. The soybean Rfg1 gene restricts nodulation by Sinorhizobium fredii USDA193. Front. Plant Sci. 2017;8: Article 1548. doi: 10.3389/fpls.2017.01548.
